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污泥热解是一种具有减量化、无害化、资源化等优点的热处理方法。由于污泥自身的低挥发分、高灰分和低热值等不利于热化学处理的特点,常需加入另一种能量密度较高的有机质,实现能量补充,提升污泥热解效率。醋糟产量丰富、灰分低和热值高,被认为是一种理想的生物质燃料。但目前关于醋糟单独热解及污泥与醋糟共热解的研究尚无报道。
本文采用热重分析仪和真空固定床反应器研究了污水污泥与醋糟共热解特性、反应动力学和产物产率分布及产物特性,以探究二者在共热解过程中的协同作用。TGA实验表明,醋糟在200~400℃为热解主要阶段,最大热解速率是-14.21%/min;污泥在220~500℃为热解主要阶段,最大热解速率是-5.94%/min。与污泥单独热解行为相比,醋糟的加入使污泥中有机物发生热分解反应的完成温度向着低温移动,热解过程的脱挥发性指数Di为3.75×10-7;与理论计算相比,混合物分解的脱挥发指数比计算低了0.35×10-7,实验测得的混合样品的热失重过程与理论计算得到的样品热失重过程之间并未发生重叠,说明污泥与醋糟共热解过程中存在协同作用,当混合比例为1:1时,协同作用最明显;Coats-Redfern模型法表明,混合比例为1:1时,反应所需的活化达到最低值;采用FWO和KAS无模型机理,与理论计算相比,FWO计算结果表明,混合物分解所需的活化能下降了44.80-33.49%,KAS计算结果下降了35.38-29.49%,说明醋糟的加入降低了共热解反应活化能。
真空固定床反应表明,气固相反应和焦油的二次裂解导致了不凝性气体的产生,使得气体产率增加,焦油、生物炭产率下降。气相色谱对共热解气体成分分析表明,醋糟的加入使得混合气体组成中H2和CO的显著增加和CO2的减少。红外光谱分析表明,与原料相比,生物炭表面的-CH峰消失,表明有机脂肪烃分解成甲烷、二氧化碳和其他气体或芳香结构,随着醋糟的加入,共混物炭中Car-H也降低,表明共热解促进了芳香烃的裂解;Raman分析表明,共热解促进炭表面稠环芳烃的裂解;比表面积分析表明,共热解促进了挥发分的析出,促进孔结构生成,比表面积增大。GC-MS测定了生物油组成,可以发现,共热解油中脂肪烃和腈类物质明显减少,酚类和酯类物质显著增加,并出现了一定含量的酮类物质。随着热解温度的升高,共混生物炭中碱金属析出率升高,共热解中碱金属元素的析出率可达到79.19-86.73%,碱金属挥发到气体气氛中,对共热解过程起到一定的催化作用。
本文采用热重分析仪和真空固定床反应器研究了污水污泥与醋糟共热解特性、反应动力学和产物产率分布及产物特性,以探究二者在共热解过程中的协同作用。TGA实验表明,醋糟在200~400℃为热解主要阶段,最大热解速率是-14.21%/min;污泥在220~500℃为热解主要阶段,最大热解速率是-5.94%/min。与污泥单独热解行为相比,醋糟的加入使污泥中有机物发生热分解反应的完成温度向着低温移动,热解过程的脱挥发性指数Di为3.75×10-7;与理论计算相比,混合物分解的脱挥发指数比计算低了0.35×10-7,实验测得的混合样品的热失重过程与理论计算得到的样品热失重过程之间并未发生重叠,说明污泥与醋糟共热解过程中存在协同作用,当混合比例为1:1时,协同作用最明显;Coats-Redfern模型法表明,混合比例为1:1时,反应所需的活化达到最低值;采用FWO和KAS无模型机理,与理论计算相比,FWO计算结果表明,混合物分解所需的活化能下降了44.80-33.49%,KAS计算结果下降了35.38-29.49%,说明醋糟的加入降低了共热解反应活化能。
真空固定床反应表明,气固相反应和焦油的二次裂解导致了不凝性气体的产生,使得气体产率增加,焦油、生物炭产率下降。气相色谱对共热解气体成分分析表明,醋糟的加入使得混合气体组成中H2和CO的显著增加和CO2的减少。红外光谱分析表明,与原料相比,生物炭表面的-CH峰消失,表明有机脂肪烃分解成甲烷、二氧化碳和其他气体或芳香结构,随着醋糟的加入,共混物炭中Car-H也降低,表明共热解促进了芳香烃的裂解;Raman分析表明,共热解促进炭表面稠环芳烃的裂解;比表面积分析表明,共热解促进了挥发分的析出,促进孔结构生成,比表面积增大。GC-MS测定了生物油组成,可以发现,共热解油中脂肪烃和腈类物质明显减少,酚类和酯类物质显著增加,并出现了一定含量的酮类物质。随着热解温度的升高,共混生物炭中碱金属析出率升高,共热解中碱金属元素的析出率可达到79.19-86.73%,碱金属挥发到气体气氛中,对共热解过程起到一定的催化作用。